Thiết kế hệ thống tưới cây tự động

Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học : Tin học đại cương , Điện tử tương tự và số… cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, em đã quyết định thực hiện đề tài :Thiết kế hệ t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG

ISO 9001:2008

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÕNG - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG

ISO 9001:2008 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Phạm Minh Anh Người hướng dẫn: GS TSKH Thân Ngọc Hoàn

HẢI PHÕNG - 2016

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Phạm Minh Anh – MSV : 1412102108 Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Thiết kế hệ thống tưới cây tự động

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ)

2 Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán

3 Địa điểm thực tập tốt nghiệp :

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 31 tháng 9 năm 2016

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 31 tháng 12 năm 2016

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Phạm Minh Anh

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N

GS TSKH Thân Ngọc Hoàn

Hải Phòng, ngày tháng năm 2016

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp

2 Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ )

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2016 Cán bộ hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài

2 Cho điểm của cán bộ chấm phản biện

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2016 Người chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG NÔNG NGHIỆP 2

1.1 KHÁI QUÁT VỀ NHÀ TRỒNG THÔNG MINH……… 2

1.2 THỰC TIỄN ÁP DỤNG CỦA ARDUINO VÀO ĐỀ TÀI 3

1.3 KHÁI NIỆM, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 5

1.3.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới……… 5

1.3.2 Thiết kế hệ thống tưới 5

CHƯƠNG 2.CẤU TRÖC VÀ TÍNH NĂNG CỦA ARDUINO 8

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO 8

2.2 BOARD ARDUINOMEGA 2560 9

2.3 ARDUINO LCD KEYPAD SHIELD 16

2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM DHT 21 17

2.5 MODULE CẢM BIẾN MƯA (SENSRAIN) 18

2.6 GIỚI THIỆU VỀ MODULE RELAY 12VDC 20

2.7 MODULE THỜI GIAN THỰC 22

2.8 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 12VDC 23

2.9 NGUỒN TỔ ONG 12VDC 24

2.10 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS 25

2.11 THƯ VIỆN ARDUINO TRONG PROTEUS 26

2.12 ARDUINO IDE VÀ LẬP TRÌNH CHO ARDUINO 27

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH, LẮP ĐẶT MẠCH THỰC TẾ 29 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG CỦA HỆ THỐNG 29

3.2 THIẾT KẾ MẠCH TRÊN PROTEUS 30

3.3 LẬP TRÌNH HIỂN THỊ LCD 31

3.3.1 Lập trình đo nhiệt độ, độ ẩm 31

3.3.2 Lập trình trạng thái cảm biến mưa 34

3.3.3 Lập trình cho module DS3231(DS1307) 343.3.4 Lập trình hiển thị giá trị lên LCD 16.2 353.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG CÀI ĐẶT THỜI GIAN, NHIỆT ĐỘ, ĐỘ

ẨM, CẢM BIẾN MƢA ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CẮT ĐỘNG CƠ 373.4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển đóng cắt động cơ 373.4.2 Tổng thể mạch đang hoạt động khi đã cấp nguồn và nạp Code 39

Kết luận………53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR

và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn , nhưng có thể nói sự xuất hiện củaArduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người bắt đầu tìm tòi

về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý

và điện tử Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản

và là mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến

và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới

Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học : Tin học đại cương , Điện

tử tương tự và số… cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, em đã

quyết định thực hiện đề tài :Thiết kế hệ thống tưới cây tự động do GS

TSKH Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn Đề tài gồm các nội dung sau:

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về tưới tiêu tự động trong nông nghiệp Chương 2 Cấu trúc và tĩnh năng của arduino

Chương 3 Thiết kế, lập trình, lắp đặt mạch thực tế

2

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG

TRONG NÔNG NGHIỆP

1.1.KHÁI QUÁT VỀ NHÀ TRỒNG THÔNG MINH

Tại một số địa phương đã canh tác một số loại cây, hoa, rau có giá trị kinh

tế cao, tuy nhiên hiện nay vẫn còn ít các đơn vị nào tiến hành nghiên cứu thiết

kế các mô hình tự động đáp ứng điều kiện kinh tế, môi trường của nước ta

Thực tế trong cuộc sống ngày càng bận rộn, nhiều người vẫn có thú vui là trồng những cây cảnh, vườn rau trong không gian trống của nhà mình như sân thượng, ban công Tuy nhiên, trong những lúc bạn bận các công việc hằng ngày thì những cây cảnh và vườn hoa ở nhà sẽ không ai tưới nước

Hình 1.1:Hệ thống tưới nước tự động cho cây trồng

3

Ngoài phương pháp tưới thủ công, các phương pháp tưới còn lại đều cần được thiết kế, tính toán các thông số cho phù hợp Nhìn chung, các phương pháp tưới có dùng ống đều có cùng nguyên lý tính toán trên cơ sở môn học cấp thoát nước và thủy lực đường ống, đó là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với từng loại cây trồng, diện tích, địa hình vùng tưới Từ các thông số này, ta sẽ tính toán đường kính ống chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống, áp lực nước trong ống; tính toán chiều dài của các loại ống, các chi tiết nối (co, tê, van, lơi vv…), số lượng các bét phun, bét đế chân, ống dẫn đến gốc vv và cuối cùng là lập bảng tổng hợp số lượng các loại vật tư, tính toán chí ít mua vật tư, tiền công xây lắp vv

1.2 THỰC TIỄN ÁP DỤNG CỦA ARDUINO VÀO ĐỀ TÀI

Ứng dụng của Arduino về mô hình hệ thống tự động Sử dụng một cảm biến đọ ẩm và nhiệt độ kết nối với một Arduino và điều khiển động cơ tạo ra

hệ thống tưới tiêu tự động Tất cả mọi việc đều tự động diễn ra trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để điều tiết việc tưới cây hợp lí trong mọi thời tiết Từ ví dụ thực tiễn cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, em đã lựa chọn và phát triển đề tài theo hướng sử dụng kid Arduino để thực hiện đề tài của mình Ứng dụng đơn giản qua thao tác nút bấm cài đặt thời gian hẹn giờ để tưới cây và làm việc thông minh qua các cảm biến Trước hết về cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được áp dụng với khí hậu thời tiết nhiệt đới ẩm gió mùa với 4 mùa rõ rệt vậy nên cảm biến nhiệt độ độ ẩm có tầm quan trọng trong khâu tự động Đo được các mức nhiệt độ cần thiết đáp ứng cho cây trồng cũng là ưu tiên hàng đầu trong ứng dụng Đối với mùa mưa thì cũng nên quan tâm nên em đã thêm phần thiết kế cảm biến mưa để tránh những lúc tưới tiêu không cần thiết vào mùa mưa gây ảnh hưởng cây trồng Hệ thống đảm bảo về mảng thời gian cài đặt, đảm bảo về nhiệt độ thay đổi qua mùa, độ ẩm theo khí hậu và cảm biến mưa tất cả được kết hợp tạo thành hệ thống thông

4

minh đáp ứng đúng nghĩa với người trồng cây Vì vậy việc tưới tiêu cây trồng với con người trong công nghệ này đã thay thế hoàn toàn con người Một hệ thống trồng thông minh đáp ứng về thời tiết kết hợp việc cài đặt thời gian tưới phù hợp cây trồng tất cả chỉ trong một thiết bị vi điều khiển arduino Phù hợp với người bận công việc, phù hợp với việc sản xuất nông nghiệp cao đưa ra chất lượng cây trồng tốt Một số ứng dụng cụ thể áp dụng qua đề tài : Tưới phun sương cho cây lan, tưới phun sương trồng nấm, tưới phun tia mưa cho hoa cúc, Các hình ảnh ứng dụng thực tế nhà cây trồng hình 1.2

Hình 1.2: Hệ thống phun sương tự động nhà trồng cây lan áp dụng arduino

1.3.1.Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới

Để thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng, cần quan tâm đến các vấn đề sau:

– Hình dạng vùng tưới

– Diện tích vùng tưới

– Số cây cần cung cấp nước tưới

– Nhu cầu nước của loại cây trồng/đơn vị thời gian (lít/ngày)

– Địa hình khu tưới

Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải đo đạc Khoảng cách giữ các cây cũng là yếu tố tạo nên chất lượng yêu cầu đề ra Khoảng cách cũng tạo ra sự chênh lệch lượng nước tới nếu không đều chênh lệch cũng cao tạo sản phẩm kém Với diện tích to quy hoạch lớn chúng ta nên đo chính xác vừa đủ với lưu lượng nước chúng ta cần tưới phù hợp với công suất bơm

+ Khi đã có “cái nền” là hình dáng, diện tích ta bắt đầu phát họa sơ đồ bố trí cây trồng

1.3.2 Thiết kế hệ thống tưới

a Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới và khả năng cung cấp nước:

Tùy thuộc loại cây trồng, ta xác định lần tưới và nhu cầu nước cho mỗi lần tưới.Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của loài cây trồng và khả năng giữa ẩm của đất.Ta chỉ cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước

6

Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp.Nhu cầu nước/lần tưới là thông số quan trọng để tính toán, thiết kế hệ thống tưới và tính toán nguồn nước.Chuyên ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu nước cho các loại cây trồng/vụ hoặc ngày hoặc có thể tra nghiên cứu trên mạng; tuy nhiên, người trồng cũng có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước tưới cho mỗi loại cây trồng.Trong thực tế, nhu cầu nước của cây trồng ít hơn nhiều so với lượng nước ta cung cấp; do vậy mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương pháp tưới.Thông thường nhu cầu nước tưới cho một cây cần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới nhỏ giọt); 15-20 lít (tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa)

Từ xác định được nhu cầu nước của cây cho mỗi lần tưới, số lần tưới/tháng, số tháng cần tưới, ta xác định được nhu cầu nguồn nước tưới

b ) Phân chia khu tưới:

Nếu bạn chỉ tưới cho diện tích nhỏ trở lại thì chỉ là 1 khu tưới; nhưng nếu diện tích tưới lớn hơn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới Nếu chi khu tưới quá lớn, công suất máy bơm và đường kính ống dẫn nước chính

sẽ tăng lên rất lớn dẫn đến không có hiệu quả kinh tế

Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích từng khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi hàng cây, từ đây ta sẽ tính được số lượng cây trồng trong mỗi khu tưới, tính ra đường kính, chiều dài của đường ống chính

c - Tính toán đường ống chính:

Đường ống chính tải nước tưới đến từng khu tưới và cho cả vùng tưới,

do đó, ta phải tính toán được chiều dài và đường kính ống phù hợp và cả áp lực để chọn loại ống phù hợp (lớn quá sinh thừa – tốn tiền vô ích, ống nhỏ quá không cung cấp đủ nước cho khu tưới, ống kém dễ hỏng dẫn đến tốn kém…)

7

Ngoài ra, ta cần tính vị trí lắp đặt đường ống chính và chuyển nó lên bản

vẽ Thông thường nếu khu tưới có địa hình thấp dần thì ta bố trí đường ống chính đi theo cạnh có cao độ lớn nhất của khu tưới, nhờ đó khi xả nước ra khỏi đường ống chính, nước sẽ có khuynh hướng chảy từ nơi cao đến nơi thấp tới có lợi về năng lượng

Nếu đất tương đối bằng phẳng hoặc gợn sóng nhô cao ở giữa đồng đất thì nên bố trí đường ống chạy dọc theo các đỉnh cao xuyên qua đồng đất để chia nước tưới về hai phía

cứ vào chiều dài của mỗi hàng ta tính được số cây/hàng bằng công thức:

Số cây/hàng= chiều dài hàng chia cự ly trồng (cây cách cây) +1

8

CHƯƠNG 2

CẤU TRÖC VÀ TÍNH NĂNG CỦA ARDUINO

2.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY trên toàn thế giới trong vài năm gần đây,gần giống với những gìApple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng( hình 2.1) phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến

và các thiết bị khác

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả

9

với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vàothế kỷ thứ 9 là King Arduino Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo

sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea(IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị

gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên.Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh

ra Arduino

2.2 BOARD ARDUINOMEGA 2560

Hình 2.2: Board Arduino Mega

Ở hình 2.2 Arduino Mega 2560 là một bo mạch chủ sử dụng vi điều khiển ATmega 2560 Nó có 54 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra (trong đó 15 chân có thể xuất ra xung PWM), 16 đầu vào analog, 4 UARTS (cổng nối tiếp phần cứng),16 MHz dao động tinh thể, kết nối USB, một jack cắm điện, một

10

tiêu đề ICSP, và một nút reset Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các

vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc đấu nó với một bộ chuyển đổi AC-to-DC hoặc pin để bắt đầu Mega là tương thích với hầu hết các lá chắn được thiết kế cho các Arduino Duemilanove hoặc Diecimila.Mega 2560 là một bản cập nhật cho Mega Arduino , mà nó thay thế.Các Mega2560 khác với tất cả các bảng trước ở chỗ nó không sử dụng các FTDI chip điều khiển USB-to-serial Thay vào đó, nó có tính năng ATmega16U2

Sơ đồ nguyên lý như theo hình 2.3:

11

Hinh 2.3: Sơ đồ nguyên lý của boar Arduino mega 2650

12

Bảng 2.1:Chi tiết thông số

Điện áp đầu vào (được đề

Digital I / O Pins 54 (trong đó 15 người cung cấp đầu ra

PWM)

Bộ nhớ flash 256 KB trong đó 8 KB sử dụng bởi bộ nạp

khởi động

Cấu trúc của Arduino Mega

Arduino Mega có thể được cấp nguồn thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung cấp điện bên ngoài.Các nguồn năng lượng được chọn tự động

Bên ngoài (không-USB) điện có thể đến hoặc từ một bộ chuyển đổi AC-to-DC hoặc pin.Các bộ chuyển đổi có thể được kết nối bằng cách cắm một plug-2.1mm trung tâm tích cực vào jack cắm điện của bo mạch.Dẫn từ một pin có thể được chèn vào trong Gnd và Vin pin tiêu đề của kết nối POWER

Bo mạch có thể hoạt động trên một nguồn cung cấp bên ngoài của 6-20 volt.Nếu cung cấp ít hơn 7V, tuy nhiên, pin 5V có thể cung cấp ít hơn năm

13

volt và bo mạchcó thể không ổn định.Nếu sử dụng nhiều hơn 12V, bộ điều chỉnh điện áp có thể bị quá nóng và làm hỏng các bảng mạch.Phạm vi đề nghị là 7 đến 12 V

 Các chân điện như sau:

 VIN Các điện áp đầu vào cho các board Arduino khi nó được sử

dụng một nguồn điện bên ngoài (như trái ngược với 5 volts từ các kết nối USB hoặc nguồn điện quy định khác) Bạn có thể cung cấp điện áp thông qua pin này, hoặc, nếu cung cấp điện áp thông qua jack cắm điện, truy cập thông qua pin này

 5V pin này xuất ra một 5V quy định từ điều trên diễn đàn Từ nguồn

có thể được cung cấp nguồn điện hoặc từ các jack cắm điện DC (7 - 12V), kết nối USB (5V), hoặc pin VIN của hội đồng quản trị (7-12V) Cung cấp điện áp qua các 5V hoặc 3.3V chân đi qua bộ điều chỉnh để có điện áp phù hợp vs một số linh kiện cần áp như vậy Có các thông số kí hiệu:

 3v3 Một nguồn cung cấp 3,3 volt được tạo ra bởi những điều trên

tàu Vẽ hiện hành tối đa là 50 mA

 GND trệt chân

 IOREF pin này trên bảng Arduino cung cấp các tài liệu tham khảo

điện áp mà các vi điều khiển hoạt động Một lá chắn cấu hình đúng cách có thể đọc các pin điện áp IOREF và chọn nguồn năng lượng thích hợp hoặc cho phép dịch điện áp trên các kết quả đầu ra để làm việc với các 5V hoặc 3.3V

 Bộ nhớ

CácATmega2560có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8

KB được sử dụng cho các bộ nạp khởi động), 8 KB của SRAM và 4 KB của EEPROM (mà có thể được đọc và ghi với cácthư viện EEPROM)

 Đầu vào và đầu ra

Mỗi phòng trong số 54 chân kỹ thuật số trên Mega có thể được sử dụng như một đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng pinMode (),digitalWrite

14

(), digitalRead ()chức năng.Chúng hoạt động tại 5 volts.Mỗi pin có thể cung cấp hoặc nhận được tối đa 40 mA và có một điện trở kéo lên bên trong (ngắt kết nối theo mặc định) 20-50 kOhms.Ngoài ra, một số chân có chức năng đặc biệt:

 Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Nối tiếp 1: 19 (RX) và 18 (TX); Nối tiếp 2: 17 (RX) và 16 (TX); Nối tiếp 3: 15 (RX) và 14 (TX) Được sử dụng

để nhận (RX) và truyền (TX) TTL dữ liệu nối tiếp Pins 0 và 1 cũng được kết nối với các chân tương ứng của ATmega16U2 USB-to-TTL nối tiếp chip

 Ngắt ngoài: 2 (gián đoạn 0), 3 (gián đoạn 1), 18 (gián đoạn 5), 19 (gián đoạn 4), 20 (gián đoạn 3) và 21 (gián đoạn 2) Các chân này có thể

được cấu hình để kích hoạt một ngắt trên một giá trị thấp, một góc lên và xuống, hoặc một sự thay đổi trong giá trị Xem các attachInterrupt () chức năng để biết chi tiết

 PWM: 2-13 và 44-46 Cung cấp 8-bit PWM với analogWrite

() chức năng

 SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) Các chân này hỗ

trợ SPI giao tiếp bằng cách sử dụng thư viện SPI Các chân SPI cũng được chia ra trên tiêu đề ICSP, đó là chất tương thích với Uno, Duemilanove và Diecimila

 LED: 13 Có một built-in LED kết nối với pin số 13 Khi pin là giá

trị cao, đèn LED được bật, khi pin là LOW, nó ra

 TWI: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hỗ trợ TWI giao tiếp sử dụng

các thư viện Wire Lưu ý rằng các chân không ở cùng một vị trí như các chân TWI trên Duemilanove hoặc Diecimila

Các Mega2560 có 16 đầu vào analog, mỗi trong số đó cung cấp 10 bit

độ phân giải (tức là 1024 giá trị khác nhau).Theo mặc định họ đo từ mặt đất đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi vào cuối trên của phạm vi của họ bằng cách sử dụng pin Aref và analogReference chức năng

15

 Một số chân khác:

Aref Điện áp tham chiếu cho các đầu vào analog Được sử dụng

với analogReference

Thiết lập lại Mang dòng LOW này để thiết lập lại các vi điều

khiển Thường được sử dụng để thêm một nút reset để lá chắn ngăn chặn sự một trên bảng

 Truyền thông kết nối với máy tính

Arduino Mega2560 có một số phương tiện truyền thông với một máy tính, một Arduino, hoặc vi điều khiển khác.CácATmega2560cung cấp bốn phần cứngUARTScho TTL (5V) giao tiếp nối tiếp.

MộtATmega16U2(ATmega8U2 về sửa đổi 1 và phiên bản 2 bảng) trên kênh board một trong những trên USB và cung cấp một cổng com ảo với phần mềm trên máy tính (máy tính Windows sẽ cần một file inf, nhưng OSX

và Linux máy sẽ công nhận hội đồng quản trị như một cổng COM tự động Các phần mềm Arduino bao gồm một màn hình nối tiếp cho phép dữ liệu văn bản đơn giản được gửi đến và đi từ hội đồng quản trị Các RX và TXđèn LEDtrên bảng sẽ nhấp nháy khi dữ liệu đang được truyền đi thông quaATmega8U2 ATmega16U2chip và USB kết nối với máy tính (nhưng không cho giao tiếp nối tiếp trên các chân 0 và 1)

Mộtthư viện SoftwareSerialcho phép giao tiếp nối tiếp trên bất kỳ của các chân kỹ thuật số của Mega2560

CácATmega2560cũng hỗ trợ TWI và SPI truyền thông.Các phần mềm Arduino bao gồm một thư viện Wire để đơn giản hóa việc sử dụng các bus TWI; Đối với SPI giao tiếp, sử dụng các thư viện SPI

16

Arduino Mega có thể được lập trình với các phần mềm Arduino CácATmega2560trên Mega Arduino đi kèm preburned với mộtbộ nạp khởi động cho nó mà không sử cho phép bạn tải lên mã mới dụng một lập trình viên phần cứng bên ngoài.Nó giao tiếp bằng cách sử dụng gốcSTK500giao thức (tài liệu tham khảo,các tập tin tiêu đề C)

2.3.ARDUINO LCD KEYPAD SHIELD

với các board Arduino, để cung cấp một giao diện người dùng thân thiện cho phép người dùng kiểm tra thông số, thực hiện lựa chọn vv… Nó bao gồm một

1602 ký tự trắng đèn nền màu xanh LCD.Bàn phím bao gồm 5 phím -, xuống chọn, lên, phải và bỏ đi.Để lưu các chân IO kỹ thuật số, giao diện bàn phím chỉ sử dụng một kênh ADC.Giá trị quan trọng được đọc thông qua một điện

áp chia 5 giai đoạn

Cảm biến DHT21/AM2301 nhƣ hình 2.5 là module tích hợp cảm biến

độ ẩm điện dung và cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, đầu ra tín hiệu số

có thể kết nối với một vi điều khiển 8 bit Chất lƣợng cảm biến cao, đáp ứng nhanh, có khả năng chống nhiễu mạnh, giao tiếp duy nhất một dây Tiêu thụ điện năng thấp, khoảng cách truyền dẫn tín hiệu khoảng 20m hiệu chuẩn hoàn toàn tự động

Cảm biến DHT21 có 3 dây với 3 màu đen đỏ vàng có chức năng :

+ Dây màu đỏ: VCC 3.3 - 5V

18

+ Dây màu vàng: dây truyền dữ liệu (DATA)

+ Dây màu đen: GND

- Chuẩn giao tiếp: 1 dây (1 wire)

2.5.MODULE CẢM BIẾN MƯA (SENSRAIN)

Chúng ta có thể dễ dàng nhận biết mưa quá mắt hoặc cảm nhận da Hệ thốn điện tử cũng có thể làm tương tự như con người vậy Nhưng để tiết kiệm

và dễ dàng người ta sử dụng cảm biến cũng tương tự như da con người.Cảm biến mưa là board có các đường kim loại xen kẽ tạo khoảng cách điện để khi nước rơi vào tấm sẽ tạo ra môi trường dẫn điện Trên hình 2.6 hình ảnh sơ đồ nguyên lí và bo mạch cảm biến mưa

19

Hình 2.6: Module cảm biến mƣa (SENSRAIN)

20

Thông số kĩ thuật:

- Điện áp: 5V

- Led báo nguồn: PWR LED

- Led báo mưa: D0 LED

Có 2 dạng tín hiệu: Analog(A0) và Digital (D0)

- Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA (Có thể sử dụng trực tiếp relay)

- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở

- Sử dụng LM393 để chuyển A0 sang D0

- D0: Đầu ra ở mức cao (1), khi có nước đèn LEDD0 báo sáng, đồng thời đầu ra về mức thấp (0) Có thể dùng đấu nối qua relay hoặc đưa vào chân I/O của VĐK

- A0: Dùng để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vào ADC của VĐK

2.6.GIỚI THIỆU VỀ MODULE RELAY 12VDC

Relay hình 2.7 là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong các thiết bị đièu khiển điện tử

- Cấu tạo relay gồm 2 phần:

+ Cuộn hút: tạo ra năng lượng từ trường để hút các tiếp điểm về mình

+ Cặp tiếp điểm: khi không cấp điện tiếp điểm 1 được tiếp xúc tiếp điểm 2 (tiếp điểm thường đóng) Khi cấp điện tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang tiếp điểm 3 (tiếp điểm thường mở)

21

Hình2.7: Hình ảnh và sơ đồ của module relay 2 kênh 5VDC

22

- Điều khiển Relay DC:

+ Trong mạch trên là sơ đồ của 2 cặp relay

+ Hoạt động của relay 1 (sử dụng transistor PNP)

 Khi S1 = 1: Q1 khóa lại, không có dòng chạy qua cuộn hút

relay1 Đèn LED1 tắt Tiếp điểm 1 và 2 nối nhau

 Khi S1 = 0: Q1 mở, có dòng từ VCC qua khóa Q1 cấp điện cho cuộn hút.Lúc này có chuyển mạch của cặp tiếp điểm Tiếp điểm

1 nối với 3 Đèn LED Q1 sáng

 Trong mạch có sử dụng Diode D1 mắc vào 2 đầu cuộn dây của relay D1 có tác dụng xả dòng cho cuộn hút khi nó không hoạt

động

 Hoạt động relay 2 tương tự

Thông số kĩ thuật:

- VCC,GND: Nguồn nuôi chung của thiết bị điều khiển (5V)

- VSS+,VSS-: Nguồn của relay

- Các cấp điện áp tiếp điểm cho phép: 250VAC~125VAC -10A

30VDC~28VDC -10A

- NO,NC: Các tiếp điểm thường mở, thường đóng

2.7.MODULE THỜI GIAN THỰC

Module thời gian thực hình 2.8 là IC thời gian thực giá rẻ, rất chính xác với thạch anh tích hợp có sẵn IC có đầu vào cho pin riêng, tách biệt khỏi nguồn chính đảm bảo cho việc giữ thời gian chính xác

23

Hình 2.8 : Hình ảnh module thời gian thực (DS3231)

Thời gian IC được giữ ở trạng thái giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng, năm Tất cả được điều chỉnh cho phù hợp với hiện tại, có các chế độ 12h AmPm hoặc 24h Trong chip có mạch điện áp chuẩn dùng để theo dõi trạng thái nguồn VCC, phát hiện lỗi nguồn, tự động chuyển nguồn khi có vấn đề

Thông số kĩ thuật :

- Nguồn VCC : 3,5 – 5 V

- Clock : chip DS3231 (nâng cấp DS1307)

- Thông tin thời gian : thời gian đến 2100

- I2C bus có tốc độ tối đa 400Khz

- Có pin sạc khi mất điện

- Memory IC AT24C32 (32k bit)

2.8.ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 12VDC

Động cơ được sử dụng là động cơ nam châm vĩnh cửu hình 2.9 ổ đĩa máy bơm áp lực cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, mô men xoắn lớn, áp suất cao, hoạt động ổn định, bơm tự mồi được xây dựng với công tắc áp suất

tự động Chức năng bảo vệ quá nhiệt, tiếng ồn thấp, chống axit kiềm, chống

ăn mòn

Nguồn tổ ong 12V-10A được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và dân dụng Trong công nghiệp chúng thường được sử dụng để cấp nguồn cho một số thiết bị của tủ điện